Tipi di turbocompressori: Turbo, Twin turbo, Twin-scroll, li conoscete tutti?
Turbo, Twin turbo, Bi-turbo, Twin-scroll o turbo elettrico? Qual è il migliore e quali sono i loro vantaggi e svantaggi?
Esamineremo tutti i tipi di turbocompressori menzionati in questo articolo e parleremo della loro costruzione.
Sommario
A cosa serve un turbocompressore?
Un turbocompressore o, colloquialmente, un turbo è un dispositivo che aumenta la potenza di un motore a combustione interna forzando l'aria nella camera di combustione.
L'aumento di potenza è che il motore riceve molte più molecole di ossigeno dallo stesso volume d'aria, perché l'aria viene compressa, rendendo la miscela più esplosiva.
Turbocompressore: quali sono i suoi vantaggi e cos'è il turbo lag?
Pertanto, un motore turbocompresso accelera più facilmente, ha una potenza maggiore e non consuma più carburante di un motore atmosferico. Il turbocompressore è alimentato dai gas di scarico, il che significa che utilizza energia che altrimenti andrebbe sprecata.
L'azionamento del turbocompressore che utilizza i gas di scarico è molto efficiente perché il turbo non assorbe energia dal motore, a differenza del compressore, che è azionato meccanicamente dalla potenza del motore.
In cosa consiste un turbocompressore?
La parte principale del turbocompressore è la turbina, cioè l'elica. Può ruotare a una velocità fino a 300.000 giri/min e ha la maggiore influenza su alcune caratteristiche prestazionali del turbocompressore. La dimensione della turbina determina la quantità di aria che fluirà nel motore. In generale, più grande è la turbina, maggiore è la capacità del flusso d'aria.
Le prestazioni di un turbocompressore sono strettamente correlate alle sue dimensioni. I turbocompressori di grandi dimensioni richiedono una maggiore pressione dei gas di scarico, il che provoca il turbo lag a basse velocità. I piccoli turbo girano velocemente, ma potrebbero non avere la stessa potenza ad alta accelerazione.
Turbo Lag: cos'è e come ridurlo?
Diverse varianti di turbocompressore combinano efficacemente i vantaggi di turbocompressori grandi e piccoli.
Turbocompressore singolo - Il tipo più semplice di turbocompressore
Questo semplice turbocompressore era già utilizzato quando la sovralimentazione era agli inizi. Tuttavia, un semplice turbocompressore presenta alcuni limiti in termini di messa a punto del motore.
Come già accennato, il turbocompressore è alimentato dai gas di scarico. Un piccolo turbocompressore ha una bassa inerzia, quindi solo una piccola quantità di energia dai gas di scarico è sufficiente per far girare la turbina.
Potenza e coppia del motore: quale di questi parametri è più importante?
Un motore con un tale turbocompressore fornisce una coppia elevata già a regimi molto bassi, quindi eccelle in flessibilità anche a regimi più bassi. Non ha però potenza alle alte velocità, perché la turbina vorrebbe ruotare più velocemente, ma raggiunge la velocità massima data dal progetto.
Pertanto, un piccolo turbo raggiungerà la sua velocità massima a un regime del motore inferiore rispetto a uno più grande. D'altra parte, un grande turbocompressore funziona solo a regimi del motore elevati. Ciò significa che maggiore è la velocità del motore, maggiore è la sua potenza.
Un motore con questo tipo di turbocompressore funziona a determinate velocità come una unità non sovralimentata. Quando supera una certa gamma di rivoluzioni, si manifesta in un inizio e una spinta molto acuti e vigorosi.
Vantaggi:
- Prezzo
- Affidabilità
- Costruzione semplice
Svantaggi:
- Notevole turbo lag
- Un compromesso tra prestazioni del motore e flessibilità
Turbo a geometria variabile
I turbocompressori a geometria variabile (o VGT in breve) utilizzano pale mobili per regolare il flusso d'aria alla turbina, imitando così un turbocompressore di dimensioni ottimali lungo tutta la curva di potenza. Il risultato è un turbocompressore senza turbo lag osservabile.
Questo tipo di turbocompressore viene utilizzato esclusivamente per motori diesel. Il motivo è la suscettibilità del meccanismo della lama alle alte temperature. Per chiarire, la temperatura dei gas di scarico dei motori a benzina è di diverse centinaia di gradi Celsius superiore a quella dei motori diesel.
Turbocompressore a geometria variabile (VGT): come funziona?
Anche in questo caso però ci sono delle eccezioni per cui si può incontrare questo tipo di turbocompressore anche con un motore a benzina.
Vantaggi:
- Funziona in un'ampia gamma di regimi del motore
- Il prezzo è paragonabile al prezzo di un semplice turbocompressore
Svantaggi:
- Affidabilità inferiore rispetto a un semplice turbocompressore
- Progettato principalmente per motori diesel (per i motori a benzina, questa soluzione richiede l'utilizzo di materiali costosi e più durevoli)
Biturbo, Biturbo
Twin-turbo o Bi-turbo sono due turbocompressori che lavorano in parallelo (congiuntamente) o in sequenza (separatamente). In una configurazione parallela, entrambi i turbo hanno le stesse dimensioni, con un turbo azionato da una metà e l'altro dall'altra metà dello scarico del motore, ed entrambi funzionano contemporaneamente. Puoi incontrare una soluzione del genere, specialmente con motori multicilindrici.
I piccoli turbocompressori hanno una bassa inerzia, quindi in pratica è necessaria solo una piccola quantità di energia dai gas di scarico per far girare la turbina, motivo per cui vengono spesso utilizzati due piccoli turbocompressori invece di due grandi.
Nella configurazione sequenziale, che viene utilizzata più spesso, il turbocompressore più piccolo funziona a bassi regimi, a regimi medi ea regimi motore predeterminati più elevati. Solo il grande turbocompressore funziona da solo.
I turbocompressori a funzionamento sequenziale soddisfano sia i requisiti di elevate prestazioni che la flessibilità del motore a bassi regimi. Questo design, tuttavia, richiede complessi set di tubi per alimentare entrambi i turbocompressori.
Vantaggi:
- Soddisfano i requisiti per prestazioni elevate, ma anche i requisiti per la flessibilità del motore a bassi regimi
- Elimina il turbo lag
Svantaggi:
- Prezzo elevato
- Costruzione complessa
- Costi di servizio più elevati
Turbocompressore Twin-Scroll
Questo tipo di turbocompressore ha due canali per l'aspirazione dei gas di scarico nella parte della turbina. I tubi di scarico dei cilindri conducono all'uno e all'altro canale del Twin-scroll turbo in modo che il vuoto non assorba energia dai gas di scarico di un cilindro.
Al contrario, la valvola di scarico dell'altro cilindro non si è ancora chiusa, ma la sua valvola di aspirazione ha già iniziato ad aprirsi.
Twin-scroll turbo: quali sono i suoi pro e contro?
Se l'accensione nei cilindri è nell'ordine 1-3-4-2, cilindri 1 e 4, i conduttori porteranno ad un canale ed i cilindri 2 e 3 all'altro. In questo caso non ci sarà alcuna perdita di energia dei gas di scarico, perché il cilindro 3, che prenderebbe energia dai gas di scarico del cilindro 1, non è collegato allo stesso condotto.
Lo svantaggio del turbocompressore Twin-scroll è la costruzione impegnativa dei tubi di scarico. È inoltre necessario disporre di un numero pari di bombole in modo che i gas di scarico provenienti dallo stesso numero di bombole confluiscano in ciascun canale.
Vantaggi:
- Prezzo simile a un singolo turbocompressore
- Efficienza simile a un doppio turbocompressore
- Affidabilità
Svantaggi:
- Difficile progettazione dei tubi di scarico
- Una difficile soluzione progettuale per motori con un numero di cilindri superiore
Turbocompressore elettrico
Non è un turbo ma un compressore elettrico. Questo tipo di turbocompressore non necessita di energia dai gas di scarico per il suo azionamento, perché utilizza un motore elettrico e uno speciale accumulatore per il suo azionamento. Grazie a ciò, il turbo elettrico presenta numerosi vantaggi. Probabilmente il più grande è la completa eliminazione del turbo lag.
Il turbocompressore elettrico può regolare la velocità della sua turbina modificando la velocità del motore elettrico. Questo tipo di turbo, quindi, non necessita di dispositivi aggiuntivi come valvola di sfiato, wastegate o pale variabili per la regolazione del turbo lag.
Turbo elettrico: è un turbocompressore o un compressore?
Questo turbocompressore non viene utilizzato da solo per sovralimentare il motore. Ad alti regimi del motore, l'energia della batteria speciale non sarebbe sufficiente per far girare la turbina a una velocità sufficiente. Quando si utilizza un accumulatore più potente o un numero maggiore di tali accumulatori, il prezzo del turbo elettrico supererebbe il prezzo dell'intera vettura.
Ecco perché il turbocompressore elettrico funziona solo a regimi motore bassi e medi, mentre ad alti regimi si spegne e lascia la funzione di sovralimentazione al classico turbocompressore.
Vantaggi:
- Completa assenza di turbo lag
- Non necessita di apparecchiature aggiuntive per la regolazione della pressione di riempimento
- Non è soggetto ad elevato carico termico
Svantaggi:
- Prezzo elevato
- Questione di affidabilità
- Richiede una batteria speciale che alimenta questo turbo